函数信号发生器实验报告

函数信号发生器

电子电路模拟综合实验

实验报告

实验题目：函数信号发生器的设计与调测 班级：2009211121 姓名：陈家斌 学号：09210619 班内序号：16

2011年4月3日

函数信号发生器

函数信号发生器的设计与调测

摘要

使用运放组成的积分电路产生一定频率和周期的三角波、方波（提高要求中通过改变积分电路两段的积分常数从而产生锯齿波电压，同时改变方波的占空比），将三角波信号接入下级差动放大电路（电流镜提供工作电流），利用三极管线性区及饱和区的放大特性产生正弦波电压并输出。

关键词

三角波-正弦波 运放积分电路 差动放大电路

镜像电流源

实验内容 1、 基本要求：

a) 设计制作一个可输出正弦波、三角波和方波信号的函数信号发生器。 1） 输出频率能在1-10KHz范围内连续可调，无明显失真；

2） 方波输出电压Uopp=12V，上升、下降沿小于10us，占空比可调范围30%-70%；

3） 三角波Uopp=8V； 4） 正弦波Uopp>1V。

b) 设计该电路的电源电路（不要求实际搭建），用PROTEL软件绘制完整的电路原理图（SCH）

2、 提高要求：

a) 三种输出波形的峰峰值Uopp均可在1V-10V范围内连续可调。 b) 三种输出波形的输出阻抗小于100欧。

c) 用PROTEL软件绘制完整的印制电路板图（PCB）。 实验原理

1，方波三角波产生电路

如图所示为方波-三角波产生电路，由于采用了运放组成的积分电路，可得到比较理想的方波和三角波。该电路振荡频率和幅度便于调节，输出方波幅度的大小由稳压管VDW1，VDW2的稳压值决定。改变R1和Rf的比值可调节Uo2m的大小。 电路与原件的确定：

①根据所需振荡频率的高低和对方波前后沿陡度的要求，选择电压转换速率合适

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的运放。

②根据所需输出方波幅度的要求，选择稳压值合适的稳压管的型号和限流电阻Ro的大小。

③根据输出三角波的幅度要求，确定R1与Rf的大小

R1=Uo2m*Rf/（Uz+Ud）

2，电流镜偏震差动放大器的设计

差动放大器具有很高的共模抑制比，被广泛地应用于集成电路中，常作为输入级或中间放大级。

⑴确定静态工作点电流Ic1.Ic2和Ic3

静态时，差动放大器不加输入信号，对于电流镜Re3=Re4=Re Ir=Ic4+Ib3+Ib4=Ic4+2Ib4=Ic4+2Ic4/β=Ic4=Ic3

上式表明恒定电流Ic3主要有电源电压和电阻R，Re4决定，与晶体管的参数无关。

⑵差模特性

差动放大器的输入和输出各有单端和双端输入两种方式，因此，差动放大器的输入输出共有四种不同的连接方式。连接方式不同，电路的特性参数不同，各种情况下的差模特性也不同。

3，三角波-正弦波产生电路

三角波-正弦波变换电路的种类很多，有二极管桥式电路，二极管可变分压器电路和差分放大电路等。利用差分放大器传输特性曲线的非线性，实现三角波-正弦波变换的过程如图：

可见：

①差分放大器传输特性曲线越对称，线性区越窄越好。 ②三角波的幅度应正好使晶体管接近截止区。

设计思路、总体结构框图

分段设计，首先产生方波-三角波，再与差动放大电路相连。

函数信号发生器

分块电路和总体电路的设计 （1）方波-三角波产生电路：

首先，稳压管采用既定原件2DW232，保证了输出方波电压Uo1的峰峰值为12V，基本要求三角波输出电压峰峰值为8V，考虑到平衡电阻R3的取值问题，且要保证R1/Rf=2/3,计算决定令Rf=12K，R1=8K，R3=5K。又由方波的上升、下降沿要求，第一级运放采用转换速度很快的LM318，Ro为输出限流电阻，不宜太大，最后采用1K欧电阻。二级运放对转换速度要求不是很高，故采用UA741。考虑到电容C1不宜过小，不然误差可能较大，故C1=0.1uF，最后根据公式，Rw抽头位于中点时R2的值约为300欧，进而确定平衡电阻R4的阻值。考虑到电路的安全问题，在滑阻的接地端串接了一个1K的电阻。（注：实际调测时因为滑阻转动不太方便，所以通过不断换滑阻的方式确定适当频率要求下Rw的阻值，我的电路最后使用的是1K欧的滑阻）

（2）正弦波产生电路：

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电容C2，C3，C4为隔直电容，根据电路实际情况，采用10uF的足够了，调测效果也很好。C5为滤波电容，需要根据最后的正弦波波形选择最合适的，我的电路最后采用的是10000pF。T1,T2,T3,T4采用8050NPN管。根据电路要求电流镜电流为1mA，以保证T1,T2的集电极电流都是0.5mA，由于正负电压的大小都是12V，Re3,Re4又不能太大（有负反馈），故最后令R=18K,Re3=Re4=Re5=5K（其中Re5为电流镜的负载，需要与之匹配）Rp2为调零电阻，100欧就可以。Rb1,Rb2为差放的基极电阻，对整个放大影响不大，都采用50欧以减小电路输出阻抗。Rc1,Rc2为集电极负载，需要足够大以保证正弦电压的放大倍数，选择18K欧的电阻。Rp1理论上是用于调节输出正弦波电压的幅值的，但是实际调测中，它的大小还会影响到前一级电路，在不断调测中决定使用10K欧的滑阻。

（3）提高之三角波幅度可调：

一者可以在Uo2的输出口接上一个分压电路（使用滑阻），这样只改变输出三角波幅值，不会影响其他电路。

二者可以利用三角波产生的原理，改变R1和Rf的比值。

考虑到后者实现的难度稍小，所以采用第二种方法，在Rf支路上串联一个10K欧的滑阻，最后可以实现赋值及频率同时可调。

（4）方波占空比可调：

只需改变正负积分电路的积分常数即可，由此联想到锯齿波电压的产生电路，将R2替换为两条支路，用不同方向的二极管控制电路的通断。最后成功输出锯齿波电压和占空比可调的方波电压。

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电路仿真的实现（Multisim）： 电路图：

方波波形：

三角波波形：

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正弦波波形：

函数信号发生器

PCB布板图：

所实现功能说明

接入工作电压后可以产生频率、幅度、占空比可调的方波、三角波、正弦波电压波形。

主要测试数据为 频率F可调节的范围，幅值最大是否符合要求，后级差动放大

电路的直流工作点以及频率变化时输出正弦波电压幅值的微小变化。

测试方法：利用直流电压元产生工作电压，用示波器测试输出电压波形、幅值、

频率等，用电压表测量Re，Rc两端电压，并计算得到二者的工作电流。

故障及问题分析

1、 方波的峰峰值过低或者过大，稳压管没有起到相应的作用。通过不断改变Ro的值（由于Rw改变不方便，还调过它）最终得到满足要求的波形。 2、 三角波的上升沿比较粗，下降沿比较细。通过改变R2和C1的值不断改变波形频率，最后得到相对对称的三角波上升下降沿。

3、 后级在直流工作点正常的情况下，没有正弦波的输出波形。通过逐段测试发现在信号经过Rp1后就已经为零了，这个滑阻本应是调节正弦波的幅度的，但粗浅分析应该会影响到前级的积分电路，将之换上一个调节方便的10K欧电阻，调解过程中发现确实有所影响，在不断调节下得到了输出的正弦波波形。

4、 正弦波输出端输出的是三角波电压或是类似于香蕉波的波形，解决方式是调整滤波电容的值，使之达到滤波的效果，最后输出比较圆滑的正弦波。 5、 在调节 …… 此处隐藏：1939字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……